[发明专利]一种双波段激光摆动焊接光学系统

说明书

本发明公开了一种双波段激光摆动焊接光学系统，包含光纤耦合输出蓝光激光器、第一准直镜组、第一合束镜、第二合束镜、聚焦镜组、保护镜、光纤激光器、第二准直镜组、第一振镜、第二振镜、滤光片、CCD镜头。本发明结构设计新颖，基于光纤耦合输出蓝光激光器与光纤激光器光束质量特性，基于有色金属材料对不同波长激光吸收特性，基于双片振镜摆动扫描特性，基于CCD机械视觉成像特性，通过光纤耦合输出蓝光激光器与光纤激光器合束聚焦，结合光纤激光振镜模块摆动扫描，辅以CCD机械视觉成像，可大幅提高有色金属焊接表面质量与焊接深度，同时有效降低激光飞溅和材料内部焊接缺陷。

技术领域

本发明涉及激光焊接技术领域，具体为一种双波段激光摆动焊接光学系统。

背景技术

激光加工技术涵盖了激光切割、焊接、淬火、打孔、微加工等多种激光加工工艺，利用了激光与物质相互作用的基本特性。由于激光束具有与加工材料的非接触性、加工速度快与质量优异等优势，奠定了激光加工技术是一种无可替代的高新技术。

激光焊接，具有能量密度高、速度快、焊接变形小、熔宽与热影响区窄等优点。但是，对于有色金属的激光焊接，普通的焊接方式不足以满足焊接需求，如镀锌板材、铜、铝等材料的激光焊接，内部极易产生裂纹、气孔等激光焊接缺陷，且飞溅较大，极容易导致激光加工头镜片的损坏，表面成型质量很差。

目前，有多种方案可以一定程度上改善以上有色金属激光焊接的问题。

激光器方面，供应商如IPG等针对光纤激光器通过点、环形组合光斑能量比可调模式，来降低焊接飞溅，同时提高焊接表面质量。但有色金属固液气状态下对光纤激光的吸收率差异很大，需要较大的激光功率才能进行激光焊接，光斑功率密度较高，极容易导致等离子体云的产生与聚集，从而使得金属蒸汽无法及时排除，产生内部缺陷；Laserline等采用更短波长的光纤耦合输出蓝光激光器进行激光焊接，由于有色金属对蓝光激光的高吸收率，能够有效降低焊接飞溅，提升焊接表里成型质量，但是当下光纤耦合输出蓝光激光器功率低，光束质量较光纤激光器差太多，无法进行深熔焊接，且随着激光功率的增加成本变得相当昂贵。

激光加工头方面，有基于光纤激光器的摆动焊接光路系统，比如振镜摆动焊接系统，通过时间上分散能量的方式，一定程度上可降低焊接飞溅，提高焊接表面质量，但同样会遇到上述点、环形组合光斑能量比可调模式焊接问题，无法非常有效的提升有色金属焊接表里质量；也有基于普通半导体激光器与光纤激光器双波段焊接光路系统，最常见的是915nm半导体激光器与1070nm光纤激光器双波段方案，虽然也能一定程度上提高焊接表里质量，提高焊接深度，但有色金属对915nm激光的吸收率，较蓝光激光的吸收率低了很多，无法达到蓝光激光的治本效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双波段激光摆动焊接光学系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种双波段激光摆动焊接光学系统，所述光学系统包含光纤耦合输出蓝光激光器、第一准直镜组、第一合束镜、第二合束镜、聚焦镜组、保护镜、光纤激光器、第二准直镜组、第一振镜、第二振镜、滤光片、CCD镜头；所述第一准直镜组、聚焦镜组、第二准直镜组均为消像差球面镜组，且第一准直镜组、聚焦镜组中心轴同轴，同时也与第二准直镜组中心轴平行，材料均为熔融石英材料；

所述第一合束镜镀膜包含400nm-500nm高透射率，650nm±20nm高反射率，相对于第一准直镜组中心光轴45°夹角安装，材料为熔融石英材料；

所述第二合束镜镀膜包含400nm-500nm高透射率，650nm±20nm半透半反，1020nm-1090nm高反射率，相对于第一准直镜组中心光轴45°夹角安装，材料为熔融石英材料；所述保护镜材料为熔融石英材料。